哈希樹

什麼是 Hash Tree？

Hash tree 是一種資料結構，會將資料切分為葉節點，並透過逐層計算雜湊值，最終以單一根雜湊代表整個資料集。這種結構通常被稱為 Merkle Tree，能夠有效驗證特定資料是否包含於某一批次內。

「Hash」可視為數位指紋：相同輸入永遠得到相同指紋，而不同輸入則會產生完全不同的指紋。在 hash tree 中，每個資料項目會先被雜湊，相鄰的雜湊值兩兩拼接再進行雜湊，逐層往上，直到形成根雜湊。根雜湊公開後，任何人僅需極少輔助資訊即可驗證該批資料中任意項目的存在與完整性。

Hash Tree 的工作原理是什麼？

Hash tree 的核心在於分層雜湊聚合：每個葉節點為單一資料項的雜湊值，相鄰雜湊值兩兩拼接後再雜湊，生成父節點。這個過程不斷向上，最終產生根節點。整體建構規則固定，資料項目的位置與順序都會影響最終結果。

一般來說，交易或紀錄的雜湊值會排列於同一層，依序配對、拼接並雜湊生成父節點。若出現「孤兒節點」（即單一節點無配對），通常會複製自身補齊，維持樹的結構。此流程持續進行，直到產生「Merkle 根」（根雜湊）。Hash tree 的安全性仰賴所選雜湊函數的抗碰撞性與不可逆性（如 Bitcoin 採用 SHA‑256，Ethereum 採用 Keccak‑256）。

Hash Tree 在區塊鏈中的功能為何？

於區塊鏈系統中，hash tree 用來證明某筆交易已被記錄於特定區塊且內容未遭竄改。區塊頭會儲存交易 hash tree 的根雜湊，任何人皆可高效驗證資料的包含性。

在 Bitcoin，輕節點（無需下載全區塊鏈資料）可僅檢查區塊頭及少量兄弟雜湊，實現「SPV 驗證」，以確認交易是否被包含，進而降低儲存與頻寬需求。Ethereum 透過 hash tree 實現批次提交、跨鏈或 Layer 2 狀態提交，將大量狀態變更壓縮為單一根雜湊，提升可擴展性與驗證效率。許多 NFT 專案及資料確權解決方案也會運用 hash tree，將大量檔案與短根雜湊綁定，簡化後續驗證流程。

如何利用 Hash Tree 驗證交易或資料？

Hash tree 驗證仰賴「Merkle 證明」，即一組有序的兄弟雜湊值，讓你能從目標葉節點逐層計算至根節點，再與公開根雜湊比對。

步驟 1：先準備目標資料的葉節點雜湊，通常會依協定對交易或紀錄編碼後進行雜湊。

步驟 2：取得 Merkle 證明——一系列兄弟雜湊值，並包含每個雜湊的左右位置信息，以決定拼接順序。

步驟 3：逐層計算，每層依左右位置將目前雜湊與兄弟雜湊拼接，然後雜湊產生父節點雜湊。

步驟 4：與根雜湊比對。若計算結果與公開根雜湊一致，即可證明資料的存在性與完整性，否則驗證失敗。

多數區塊鏈瀏覽器會顯示或允許匯出交易的 Merkle 證明。錢包及 輕節點程式庫也可自動完成此流程。

Hash Tree 在交易所儲備證明的應用

Hash tree 在儲備證明中，能將用戶資產快照匿名聚合為單一根雜湊。交易所會公布根雜湊及稽核流程，用戶可取得個人 Merkle 證明，驗證自身資產是否納入儲備快照。

Gate 的儲備證明機制會在指定時間產生用戶餘額的 hash tree，並公開根雜湊。已登入用戶可取得專屬證明（不含可識別資訊），並透過開源工具或平台文件驗證，確認餘額已正確納入。需留意，儲備證明僅驗證資產端的包含性與一致性，無法直接反映負債、內部風險控管或鏈下安排。資金安全需整體盡職調查，不應僅依賴單一證明做決策。

Hash Tree 與 Merkle Patricia Trie 的差異

Hash tree 著重於「批次資料的包含性」，結構為二元或多元樹並分層雜湊。Merkle Patricia Trie 則結合前綴樹與雜湊，用於高效儲存鍵值對映並實現路徑壓縮。

Ethereum 的帳戶狀態與儲存採用 Merkle Patricia Trie，將鍵路徑編碼進節點以利快速查找與更新，同時節點內容以雜湊保護完整性。單純的 hash tree 適合驗證固定資料集的包含性；MPT 更適合頻繁變動的鍵值狀態，但結構更複雜、節點類型更多，除錯與一致性維護難度也更高。

Hash Tree 的侷限與風險

Hash tree 僅能證明「批次成員資格」，無法判斷業務邏輯——例如餘額是否為負、是否存在鏈下抵押或負債等。它能保證的是完整性和包含性，並非償付能力。

安全性取決於所選雜湊函數的抗碰撞性與防篡改特性，若遭破解則可能發生攻擊。建構方與驗證方必須完全一致採用編碼、排序及拼接規則，否則驗證會失敗。針對 儲備證明，樣本選取、快照時間與稽核獨立性都會影響可信度。用戶應關注揭露範圍與方式。

使用 Hash Tree 需要哪些工具與步驟？

學習 hash tree 可從驗證公開證明著手——利用開源程式庫或交易所／區塊鏈瀏覽器工具。

步驟 1：確認雜湊演算法與編碼規則——判斷是否使用 SHA‑256 或 Keccak‑256；檢查資料是原始位元組還是序列化格式；理解拼接順序的標記方法。

步驟 2：準備葉節點資料——依規則處理交易、檔案或餘額紀錄並計算葉節點雜湊。

步驟 3：取得或產生 Merkle 證明——可來自區塊鏈瀏覽器、錢包外掛或交易所儲備證明頁面。

步驟 4：本地重新計算並比對根雜湊——每一層依正確順序拼接雜湊，計算至根節點後與公開值比對，並保留紀錄以便驗證。

Gate 儲備證明功能通常允許下載個人證明包，並依照指引完成上述步驟。若發現不一致，請先檢查編碼與順序規則，再聯繫平台客服。

Hash Tree 的未來發展展望

作為「批次承諾與快速驗證」的關鍵元件，hash tree 在可擴展性與跨鏈應用場景中將持續普及。越來越多 Layer 2 網路及 跨鏈橋會將數千筆交易批次聚合為單一根雜湊提交至主網，提升吞吐量並降低成本。

預計到 2025 年，儲備證明將成為產業標準，結合 hash tree 與 零知識證明的解決方案正快速發展——hash tree 用於承諾，零知識證明則在揭露更少資訊的情況下確保正確性。在資料可用性層、去中心化儲存平台及 NFT 批次鑄造流程中，hash tree 可確保資料完整性並實現輕量級驗證。相關程式庫與工具也正逐步標準化，降低用戶驗證門檻。

Hash Tree 總結與進階學習建議

Hash tree 透過分層雜湊將大規模資料集壓縮為單一根雜湊，解決了包含性驗證的效率與成本問題，是區塊鏈交易紀錄、輕節點、狀態承諾與儲備證明的基礎。初學者可先理解雜湊原理與樹狀結構規則，實際操作驗證一筆交易或儲備證明，再進一步學習 Ethereum 的 Merkle Patricia Trie 或零知識整合方案。實務應用時，務必注意所選雜湊演算法、編碼規則及稽核揭露範圍，確保整體可靠性。

FAQ

Hash Tree 與一般樹狀資料結構有何不同？

Hash tree 是一種特殊的樹狀結構，每個節點儲存的是底層資料的雜湊值，而非原始資料。一般樹結構直接儲存資料內容，hash tree 則以雜湊值組織層級，能高效偵測資料竄改，特別適合大規模資料驗證。

區塊鏈為什麼採用 Hash Tree 而非其他驗證方式？

Hash tree 提供極高效率的資料驗證。無需逐條比對，只要檢查根雜湊即可驗證整個資料集的完整性，大幅降低運算成本。在區塊鏈需頻繁驗證交易的情境下，這種效率遠勝其他方式。

Hash Tree 中任一節點資料遭修改會怎樣？

只要任一節點資料有微小變動，其雜湊值就會改變，並沿所有父節點向上傳遞，最終導致根雜湊完全不同。這種設計可確保所有修改都能即時被偵測，保障資料不可竄改性。

Hash Tree 驗證大檔案比逐位元檢查快多少？

Hash tree 驗證速度隨檔案規模呈對數成長，而逐位元檢查則是線性成長。例如，驗證包含 100 萬項的 hash tree 只需約 20 次雜湊運算，而非 100 萬次直接比對。檔案越大，效能提升越明顯，通常可實現超過 100 倍加速。

學習 Hash Tree 前應先掌握哪些核心概念？

建議先理解兩大基礎：一是雜湊函數原理（相同輸入產生相同輸出、不可逆變換），二是樹狀資料結構的基本概念（父節點、子節點、葉節點）。打好這兩個基礎，理解 hash tree 的建構就會簡單許多。